页面置换算法的模拟实现及命中率对比实验报告.docx
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页面置换算法的模拟实现及命中率对比实验报告
页面置换算法的模拟实现及命中率对比实验报告
一、问题描述
课程设计目的
（1）、通过请求页式管理方式中页面置换算法的模拟设计，了解虚拟存储
术的特点，掌握请求页式存储管理中的页面置换算法。
（2）、课程设计内容
模拟实现OPT（最佳置换）、FIFO和LRU算法，并计算命中率。
（3）、课程设计要求：
a）首先用随机数生成函数产生“指令”序列，然后将指令序列变换成相应的页地址流，再计算不同算法下的命中率。
b）通过随机数产生一个指令序列，共产生400条。
其中50%的指令是顺序执行的（灵位50%就是非顺序），且25%的指令分布在前半部分地址空间，25%的指令分布在后半部分地址空间。
c）将指令地址流变换成页地址流
d）循环运行，使用户内存容量从4到40,。
计算每个内存容量下不同页面置换算法的命中率。
二、概要设计
1.程序的数据结构：
#definetotal_instruction100/*指令流长*/
#defineM100/*实际页数*/
#defineN5//可用页面数
structPro
{
intnum,time;
};
inta[total_instruction];
intpage[N];
2.程序的主函数：
intmain（）
{
Prop[total_instruction];
Pro*page=newPro[N];
charc;
intt=0,i;
floatn=0;
Input（p）;
do{
for（i=0;i{
page[i].num=-1;
page[i].time=2-i;
}
printf（"系统产生的随机数为：
"）;
for（inte=0;ecout<cout<i=0;
cout<<"f:
FIFO页面置换"<cout<<"l:
LRU页面置换"<cout<<"o:
OPT页面置换"<cout<<"按其它键结束"<cin>>c;
if（c=='f'）//FIFO页面置换
{
n=0;
cout<<"页面置换情况:
"<while（i{
if（Search（p[i].num,page）>=0）
i++;//找到相同的页面
else
{
if（t==N）t=0;
else
{
n++;//
page[t].num=p[i].num;
print（page）;
t++;
}
}
}
cout<<"缺页次数：
"<"<<1-n/total_instruction<}
if（c=='l'）//LRU页面置换
{
n=0;
cout<<"页面置换情况:
"<while（i{
intk;
k=t=Search（p[i].num,page）;
if（t>=0）
page[t].time=0;
else
{
n++;
t=Max（page）;
page[t].num=p[i].num;
page[t].time=0;
}
for（intj=0;j{
if（j!
=t）page[j].time++;
}
/*if（t==0）{page[t+1].time++;page[t+2].time++;}
if（t==1）{page[2].time++;page[0].time++;}
if（t==2）{page[1].time++;page[0].time++;}*/
if（k==-1）print（page）;
i++;
}
cout<<"缺页次数：
"<"<<1-n/total_instruction<}
if（c=='o'）//OPT页面置换
{
n=0;
while（i{
if（Search（p[i].num,page）>=0）i++;
else
{
if（page[N-1].num==-1）
{
for（intg=0;gif（page[g].num==-1）
{
page[g].num=p[i].num;
i++;
n++;
print（page）;
break;
}
}
else{
inttemp=-1,cn;
for（t=0;t{
if（temp{
temp=Compfu（page,i,t,p）;
cn=t;
}
}
page[cn]=p[i];
n++;
print（page）;
i++;
}
}
}
cout<<"缺页次数：
"<"<<1-n/total_instruction<}
}while（c=='f'||c=='l'||c=='o'）;
return0;
}
三、详细设计
程序代码如下：
#include
#include
#include
#include
usingnamespacestd;
#definetotal_instruction100/*指令流长*/
#defineM100/*实际页数*/
#defineN5//可用页面数
structPro
{
intnum,time;
};
inta[total_instruction];
intpage[N];
voidInput（Prop[total_instruction]）
{
intm,i,m1,m2;
srand（（unsignedint）time（NULL））;
m=rand（）%400;//
for（i=0;i{
if（m<0||m>399）
{
printf（"Wheni==%d,Error,m==%d\n",i,m）;
exit（0）;
}
a[i]=m;/*任选一指令访问点m*/
a[i+1]=a[i]+1;
a[i+2]=a[i]+2;/*顺序执行两条指令*/
intm1=rand（）%m;/*执行前地址指令m1*/
a[i+3]=m1;
a[i+4]=m1+1;
a[i+5]=m1+2;/*顺序执行两条指令*/
//s=（158-a[i+5]）*rand（）/32767/32767/2+a[i+5]+2;
m2=rand（）%（157-m1）+m1+3;
a[i+6]=m2;
if（（m2+2）>159）
{
a[i+7]=m2+1;
i+=8;
}
else
{
a[i+7]=m2+1;
a[i+8]=m2+2;
i=i+9;
}
m=rand（）%m2;
}
for（i=0;i{
p[i].num=a[i]/10;
p[i].time=0;
}
}
voidprint（Pro*page1）//打印当前的页面
{
Pro*page=newPro[N];
page=page1;
for（inti=0;iprintf（"%-4d",page[i].num）;
//cout<cout<//free（page）;
}
intSearch（inte,Pro*page1）
{
Pro*page=newPro[N];
page=page1;
for（inti=0;ireturn-1;
}
intMax（Pro*page1）
{
Pro*page=newPro[N];
page=page1;
inte=page[0].time,i=0;
while（i{
if（ei++;
}
for（i=0;ireturn-1;
}
intCompfu（Pro*page1,inti,intt,Prop[M]）
{
Pro*page=newPro[N];
page=page1;
intcount=0;
for（intj=i;j{
if（page[t].num==p[j].num）break;
elsecount++;
}
returncount;
}
intmain（）
{
Prop[total_instruction];
Pro*page=newPro[N];
charc;
intt=0,i;
floatn=0;
Input（p）;
do{
for（i=0;i{
page[i].num=-1;
page[i].time=2-i;
}
printf（"系统产生的随机数为：
"）;
for（inte=0;ecout<cout<i=0;
cout<<"f:
FIFO页面置换"<cout<<"l:
LRU页面置换"<cout<<"o:
OPT页面置换"<cout<<"按其它键结束"<cin>>c;
if（c=='f'）//FIFO页面置换
{
n=0;
cout<<"页面置换情况:
"<while（i{
if（Search（p[i].num,page）>=0）
i++;//找到相同的页面
else
{
if（t==N）t=0;
else
{
n++;//
page[t].num=p[i].num;
print（page）;
t++;
}
}
}
cout<<"缺页次数：
"<"<<1-n/total_instruction<}
if（c=='l'）//LRU页面置换
{
n=0;
cout<<"页面置换情况:
"<while（i{
intk;
k=t=Search（p[i].num,page）;
if（t>=0）
page[t].time=0;
else
{
n++;
t=Max（page）;
page[t].num=p[i].num;
page[t].time=0;
}
for（intj=0;j{
if（j!
=t）page[j].time++;
}
/*if（t==0）{page[t+1].time++;page[t+2].time++;}
if（t==1）{page[2].time++;page[0].time++;}
if（t==2）{page[1].time++;page[0].time++;}*/
if（k==-1）print（page）;
i++;
}
cout<<"缺页次数：
"<"<<1-n/total_instruction<}
if（c=='o'）//OPT页面置换
{
n=0;
while（i{
if（Search（p[i].num,page）>=0）i++;
else
{
if（page[N-1].num==-1）
{
for（intg=0;gif（page[g].num==-1）
{
page[g].num=p[i].num;
i++;
n++;
print（page）;
break;
}
}
else{
inttemp=-1,cn;
for（t=0;t{
if（temp{
temp=Compfu（page,i,t,p）;
cn=t;
}
}
page[cn]=p[i];
n++;
print（page）;
i++;
}
}
}
cout<<"缺页次数：
"<"<<1-n/total_instruction<}
}while（c=='f'||c=='l'||c=='o'）;
return0;
}
四、调试与分析
程序的主界面：
这里测试用的数据是M=40，N=5，三种算法置换结果如以下的图：
FIFO算法：
LRU算法：
OPT算法：
多运行几次，产生不同的随机数组，查看对比结果。
在某一次实验中，可能FIFO算法的命中率比LRU
算法要高，但经过多组测试数据及总体的结果表明：
LRU的平均性能比FIFO
的平均性能好。
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